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基于納芯微NST112X的測溫手環

2023-01-31 931

2022年可以說是溫度傳感器開始獲得高度關注的一年。業界巨頭蘋果，三星都分別發布了配備溫度傳感器的新一代智能手表。目前的微型溫度傳感器無論是從功耗，體積還是性能方面，都已經可以滿足智能穿戴產品的需求。而且隨著物聯網的快速發展，溫度傳感器將在個人健康醫療，智能家居等方面迎來需求上的大爆發。

本期元器件評測，我們從市場上幾款溫度傳感器中選則了一款超小的溫度傳感器：納芯微電子生產的NST112X。我們會對它的性能，參考設計做一個介紹，并提供我們基于參考設計制作的一個溫度測試模塊的測評和總結。

值得一提的是，在小米最新款Xiaomi Watch S2手表上，也已配備了2顆納芯微的溫度傳感器。

圖：小米手表

產品特點：

先來看一下納芯微的NST112X溫度傳感器到底有多迷你：外形尺寸在BGA的封裝下只有的0.75*0.75mm。這是NST112X和一元硬幣放在一起的對比圖，可以說是幾乎小到看不見。

是不是大大突破了以往你對溫度傳感器尺寸的印象呢？

圖：納芯微NST112X與1元硬幣對比圖

NST112X性能和參數：

從芯片的數據手冊中我們可以看出，在采用WLCSP封裝的情況下，在最常用的25到45度的溫度測量區間內，它的典型測試誤差只有正負0.1度。NST112X的測溫范圍為：-40 到85度。在整個測溫范圍內，最大測量誤差不超過1度。

圖：納芯微NST112X性能參數

優勢&局限：

優勢：

NST112X支持總線上掛多達4個NST112測溫IC，可以提供集成化的多點測量，其優勢包括：

? 集成度高：幾乎不需要額外的電路

? 高線性度：可減少軟件線性化工作量精度高

? 精度高：可達±0.1℃，幾乎沒有漂移低功耗

? 低功耗：4種測溫技術中功耗最低成本低

? 成本低：芯片成本、方案成本相對較低

這是NST112X的典型應用電路：

圖6：NST112X的典型應用電路

可以看到，電路非常簡單，不再需要高精度電阻，也不需要MCU做模數轉換和采樣工作。只需要MCU提供I2C總線或者利用GPIO管腳來接收數字化的溫度信息即可。

局限：

BGA封裝過小，焊接一般需要借助顯微鏡，焊接難度較大。

設計體驗：

我們基于智能穿戴的應用場景，設計了一款嵌入了NST112x的測溫手環，來評估一下它體表溫度測量方面的性能。

在手環中我們設計了4顆傳感器位置，為了簡化設計將傳感器的接口引出到一個連接器，通過外接帶藍牙的處理模塊來進行數據采集和發送。在手環的外形設計中，我們利用FPC本身的結構做成了一個表帶。為了方便穿戴在一側做了一排開孔，在另一側做了尖扣。當然，在實際的穿脫體驗上仍待改進。

表盤部分正常敷銅，表帶部分采用網格敷銅，芯片位置不敷銅保證溫度不會快速耗散。

圖：NST112x的測溫手環實物圖

手環的電路圖、PCB圖等已附在電子森林測評頁面中，可點擊閱讀原文獲取。

NST112x測溫手環使用KiCad設計完成，KiCad是一款免費、開源、企業級應用的PCB設計工具，有豐富的開源庫和案例。未來KiCad也將被越來越多的企業使用，初學者建議可以選擇它作為PCB設計工具，在電子森林有很多相關的介紹和課程方便學習。下圖為使用KiCad軟件設計NST112x測溫手環的界面截圖。